Композиционные материалы на никелевой матрице, упрочняемые нитевидными кристаллами, вольфрамовой и молибденовой проволокой и другими материалами

Армированию чаще подвергают жаропрочные никелевые спла­вы, чтобы увеличить время их работы и рабочую температуру до 1100-1200 °С. Для армирования никелевых сплавов применяют упрочнители — нитевидные кристаллы А1₂О₃ (усы), проволоки ту­гоплавких металлов и сплавов на основе W и Мо, волокна углерода и карбида кремния.

Армирование никеля и нихрома усами А1₂О₃ выполняют ме­тодами порошковой металлургии. Для улучшения прочности свя­зи волокно—матрица в шихту вводят титан и хром. Прочность ком­позиции при содержании усов 9 % А1₂0₃ достигает 1800-2100 МПа, а удельная прочность 22-25 км.

Наиболее широкое распространение получило армирование жа­ропрочных никелевых сплавов вольфрамовой проволокой. Ком­позиционный материал в этом случае получают способами плас­тического деформирования прокаткой, сваркой, взрывом.

Так, методом динамического горячего прессования в вакууме па­кетов из чередующихся слоев жаропрочного никельхромовольфрамового сплава ХН60В и слоев проволоки ВТ15 диаметром 0,15-0,18 мм получают композицию, отличающуюся повышенной кратковремен­ной прочностью при 1100-1200 °С по сравнению с неармированной матрицей (рисунок 13.5). Прочность вольфрамовой арматуры до конца не используется в связи с появлением дефектов в отдель­ных волокнах при ударном уплотне­нии. Модуль упругости композиции увеличивается с ростом содержания упрочнителя согласно закону аддитив­ности, и при 34 % проволоки ВТ15 он составляет 265 • 10³ МПа. Длительная прочность композиции ХН60В—ВТ15 (34 %) на базе 100 ч при 1100 и 1200 °С равна соответственно 104 и 55 МПа.

Рисунок 12.5 – Зависимость предела прочности чистого никеля (1), спла­ва ЖС6К (2), сплава ХН60В (3) и сплава ХН60В, упрочненного про­волокой ВТ15 в количестве 34 % (4), 28 % (5), 22 % (6), 15 % (7)

Длительная работа композиции при­водит к разупрочнению арматуры в связи с развитием в проволоке ВТ15 рекристаллизационных процессов, ускоряемых действующей нагрузкой и диффузией никеля и хрома из мат­рицы в волокна.

Композиционный материал ВКН-1 (матрица — литейный жаропрочный сплав ЖС6К, упрочненный вольфрамовой проволокой ВА диамет­ром 0,5 мм) получают вакуумным всасыванием. Длительная проч­ность ВКН-1 выше прочности сплава ЖС6К, и при одинаковых зна­чениях нагрузки и долговечности он по сравнению с неармированной матрицей имеет резерв по температуре 100 °С. Перспективны­ми упрочнителями для жаропрочных матриц могут быть волокна карбида кремния и углеродные волокна, отличающиеся высокой температурой разупрочнения. Их использование в качестве армиру­ющих элементов сдерживается совместимостью с жаропрочной мат­рицей. Проблема решается в настоящее время путем разработки барьерных покрытий для этих видов упрочнителей.